Dr. Rogelio Vázquez González

Departamento de Geofísica Aplicada

CICESEMéxico

Curso-Taller de capacitación y asistencia técnica

Liberia, Costa Rica, 21-25 de abril 2014

Estrategias Para el Manejo, Monitoreo y Gestión de Acuíferos

Presentación

CICESE

• Es un Centro de Investigación, financiado por el Gobierno Federal.

• Forma parte del Sistema de Centros CONACYT• Su misión:

– Investigación básica y aplicada– Formación de recursos humanos– Desarrollo tecnológico– Transferencia del conocimiento

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada

CICESE

CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN

SUPERIOR DE ENSENADA

* México

Estados Unidos

*

* www.cicese.mx

Ubicación

Oceanología • Acuicultura• Ecología Marina• Oceanografía Biológica• Oceanografía Física

Áreas de investigación Física Aplicada• Ciencias de la Computación• Electrónica y Telecomunicaciones• Óptica

Ciencias de la Tierra• Geociencias Ambientales• Geofísica Aplicada• Geología• Sismología

Biología Experimental y Aplicada

• Biología de la Conservación • Biotecnología Marina• Microbiología

Licenciatura en Física , UANLMaestría en Ciencias, Geofísica, CICESEDoctorado en Ciencias de la Tierra, CICESE

Course on Modeling Fresh- Saline Ground Water Flow, Holanda 1987

Groundwater Pollution and Hydrology, San Francisco, CA,1990. Programa Nacional para la Formación de Consultores

SEDESOL, Tijuana, B.C., 1993 Aspectos Geológicos de Protección Ambiental, UNESCO

Campinas, Brasil 2000.

Cursos de Especialización:

Dr. Rogelio Vázquez GonzálezFormación Académica

Experiencia ProfesionalInvestigador en el Departamento de

Geofísica Aplicada CICESE, 1980

Maestro del Programa de Postgrado en Ciencias de la Tierra, CICESE, 1982 a la fecha.

Profesor visitante en el Depto. de Ciencias de la Tierra, Universidad de los Estudios de Milán, Italia. 86-87, 94-95

Líneas de investigación : • Exploración Geofísica• Geohidrología• Impacto Ambiental

TEMAS DE IMPORTANCIA PARA EL DESARROLLO PRESENTE Y FUTURO

• Agua.

• Medio Ambiente.

• Generación de Energía.

TEMAS DE IMPORTANCIA PARA EL DESARROLLO PRESENTE Y FUTURO

• Agua.

• Medio Ambiente.

• Generación de Energía.

• Cambio Climático

EL TEMA DEL AGUA

• Localización de los Recursos Hídricos.

• Evaluación de Calidad y Cantidad.

• Administración y Conservación del

Recurso.

• Procesos de Tratamiento.• Para el Reuso

• Para Desalar

EL MEDIO AMBIENTE

• Aire.

• Suelo.

• Agua.

• Procesos de Remediación.

• Tratamiento, Confinamiento y Monitoreo.

Toxicología y Salud Pública

GENERACIÓN DE ENERGÍA

• Hidrocarburos.

• Hidroeléctricas.

• Fuentes Alternas.– Geotérmia.

– Eólica.

– Solar.

GENERACIÓN DE ENERGÍA

• Hidrocarburos.

• Hidroeléctricas.

• Fuentes Alternas.– Geotérmia.

– Eólica.

– Solar.

– Biocombustibles

CAMBIO CLIMÁTICO

• Gases de Efecto Invernadero.

• Calentamiento Global.

• Modelos de Predicción.

PRINCIPALES ASPECTOS SOBRE EL TEMA DEL AGUA

• Normatividad y Marco Jurídico.

• Aspectos Técnicos del Agua.

• Impactos Ambientales

ASPECTOS DE IMPORTANCIA PARA LA ADMINISTRACIÓN DE LOS

RECURSOS

• Normatividad y Marco Jurídico.

• Aspectos Técnicos.

• Participación de los Usuarios en

el Proceso de Gestión.

Aspectos ambientales

Las decisiones que involucran aspectos ambientales invariablemente contemplan y producen conflictos. 

Gobierno – Empresa

Sector Social – Empresa

Sector Social – Gobierno

Sector Social – Sector Social

La Importancia del Agua

Los recursos hidráulicos son de gran importancia en la actualidad, por dos factores:

• El incremento en la demanda de agua potable, por los sectores de la sociedad.

• El reconocimiento de la influencia que tienen en la conservación de los ecosistemas.

En conjunto, estos dos factores son determinantes:

Para el desarrollo de los centros de población, en condiciones de vida adecuadas, y

• Para el equilibrio ecológico y la protección ambiental.

Aspectos Técnicos del Agua• El Ciclo Hidrológico• Condiciones Meteorológicas• Aguas superficiales• Acuíferos • Sobreexplotación• Intrusión Salina• Fuentes Puntuales de Contaminación• Modelos de Gestión de Acuíferos

El movimiento continuo del agua en la naturaleza da origen al

Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico

Agua Superficial

El Agua Subterránea

El agua que se infiltra al terreno es parcialmente absorbida por las plantas, otra parte, continúa su movimiento a través del terreno, hasta alcanzar los acuíferos.

El agua continúa moviéndose a través del medio poroso, hasta salir como un manantial, filtrarse a un cuerpo de agua superficial, o aprovechada en un pozo de bombeo.

Importancia del Agua Subterránea

El agua subterránea es el agua que llena las grietas y los espacios entre las rocas y los sedimentos bajo la superficie de la Tierra.

Más del 90% del suministro de agua potable del mundo procede del subsuelo.

Flujo de Agua Subterránea

Cuencas Geohidrológicas

Unidades GeohidrológicasAcuíferos

Mexicali

Sierra Cucapá

USA

México

Río

Colo

rado

Fuentes de Contaminación de Acuíferos

Dispersión de Contaminantes

A B

Causas de Contaminación

Intrusión Salina

El agua es un recurso natural renovable, pero no todos los años

llueve igual ! Precipitación Anual Total en la Ciudad de Ensenada

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

1950

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1992

1994

1996

1998

Año

mm

Precipitación Anual Total Precipitación Promedia Anual

Herramientas de Investigación

Leyes de la FísicaEcuaciones MatemáticasMediciones de CampoAnálisis de LaboratorioImágenes de Satélite/ Percepción RemotaSimuladores en Computadora

Relación de pozos de monitoreo

Pozos (PZ, S)

23456789

101112

Feb-00 Mar-00 J un-00 J ul-00

Feb-00 6.23 8.12 5.92 3.9 10.43 10.03 5.82 3.83 3.18 7.64 8.36 6.05

Mar -00 6.21 8.32 6.09 3.03 10.42 10.03 5.74 4.84 3.04 7.62 8.34 6.83

J un-00 6.48 8.11 6.02 4.02 10.37 10 5.92 3.82 3.12 7.61 8.6 6.87

J ul -00 6.61 8.06 6.05 3.91 10.37 9.99 5.82 3.8 3.09 7.55 8.59 6.27

P Z-2 P Z-3 P Z-4 P Z-5 P Z-6 P Z-7 P Z-9 P Z-10 P Z-11 P Z-12 S-20 S-26

Modelos de Acuíferos por Computadora: Efecto de Pozos de

Bombeo2.9

6.3

9.7

13

17

2 4 6 8 10

2

4

6

8

10

NIVEL HIDRAULICO INICIAL (m)

-0.57

2.9

6.3

9.7

13

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2 4 6 8 10

2

4

6

8

10

NIVEL HIDRAULICO (m)DESPUES DE 3 DIAS DE BOMBEO

-0.57

2.9

6.3

9.7

1317

2 4 6 8 10

2

4

6

8

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NIVEL HIDRAULICO (m)DESPUES DE 11 DIAS DE BOMBEO

-0.57

2.9

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1317

2 4 6 8 10

2

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6

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NIVEL HIDRAULICO FINAL (m)

Aerial Imagery

Elevation

Geodetic Control

Boundaries

Surface Waters

Transportation

Land Ownership

TematicosDescriptivos

Soils

Sewer Lines Water Lines Landcover

WetlandsFlood Zones

Bases de datos

Bibliografía

Del experimento de Darcy tenemos que:

El signo negativo indica que el flujo del agua es en el sentido de la pérdida de carga hidráulica.

Es el gradiente hidráulico

La conductividad hidráulica se expresa como:

Tiene unidades L/t (velocidad)

Es funcion de las propiedades del medio poroso y del fluído: directamente proporcional al peso específico e inversamente proporcional a la viscosidad dinámica

Si el experimento se realiza con esferas de vidrio de diámetro uniforme, se obtiene que la descarga es proporcional al diámetro de las esferas La relación de proporcionalidad se puede expresar como:

La Ley de Darcy en estos términos es:A la constante C se le llama factor de forma. C y d2 caracterizan las propiedades del medio.Definiendo la permeabilidad Ki como

La conductividad hidráulica es:

Valores de permeabilidad y conductividad hidráulica,

?

El medio puede ser inhomogéneo y anisotrópico !

Estimación de la conductividad hidráulica:

• Metodos de laboratorio (en muestras)

• Métodos de campo en pozos (pruebas de bombeo)

• Métodos numéricos. (Solución del problema inverso)

Ecuaciones de continuidad para el caso estacionarioPara construir el modelo matemático del flujo de agua subterránea además de la ley de comportamiento, Ley de Darcy, requerimos un principio fundamental, el de conservación.

Para el caso estacionario el principio de conservación implica que la cantidad de agua que entra a un volumen elemental sea igual a la cantidad que sale.

Hay otras dos suposiciones que simplifican el análisis:

• El agua es incompresible

• No hay términos fuente en el volumen elemental

La suma de los flujos netos debe ser igual a cero

Dividiendo entre el volumen:

Combinando la Ley de Darcy con el principio de conservación se obtiene:

Si K es constante

Acuíferos ConfinadosConsiderando la ecuación diferencial que gobierna el flujo en estado transitorio de un acuífero confinado, isotrópico, para el cual son válidas la Ley de Darcy y la aproximación en dos dimensiones, se tiene la siguiente ecuación (Bear 1979):

Donde: h= hi(x,y,ti) es el potencial hidráulico, T=T(x,y) es la trasmisividad, S=S(x,y) es el coeficiente de almacenamiento y f i= f (x,y,ti) es el término fuente (positivo cuando el agua es extraída del acuífero), x y y son las variables espaciales y t es el tiempo.

Acuíferos No-ConfinadosLa ecuación diferencial que gobierna el flujo en estado transitorio de un acuífero no-confinado, isotrópico para el cual son válidas la Ley de Darcy y la aproximación de Dupuit, es la ecuación de Boussinesq (Bear 1979):

donde h(x, y, t) es la elevación de la superficie libre del acuífero (potencial hidráulico) respecto a un nivel de referencia arbitrario, (x, y) es la elevación del fondo impermeable del acuífero, respecto al nivel de referencia arbitrario, f(x, y, t) es el término fuente, Los parámetros fenomenológicos que representan las propiedades físicas del acuífero son: la conductividad hidráulica K(x, y) y la porosidad efectiva o coeficiente de almacenamiento ne(x, y).

¿Qué es la Geofísica?

La Geofísica es la ciencia que se encarga del estudio de la Tierra, desde el punto de vista de la Física. Es decir, utilizando el conocimiento de las leyes de la Física.

Su objeto de estudio abarca todos los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra.

Todos los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra.

• Geofísica para el estudio de los fenómenos a escala del planeta

• Geofísica para el estudio de las condiciones locales.• Geofísica de Exploración.

¿Qué es la Geofísica?

Exploración geofísica

En general, geofísica aplicada o exploración geofísica se refiere al uso de métodos físicos y matemáticos para determinar las propiedades físicas de las rocas y sus contrastes.

El propósito de tal determinación es conocer el arreglo de

los cuerpos de roca en el interior de la Tierra, así como las anomalías presentes en ellas.

Métodos de exploración geofísica

Tienen como objetivo estimar la distribución de las propiedades físicas de los materiales en el subsuelo.

• Fuente natural• Fuente controlada